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DE10236619A1 - Toroidal regulating device for toroidal gearbox ratio, particularly for motor vehicle, has single-loop control loop with regulator with differential elements in addition to proportional element - Google Patents

Toroidal regulating device for toroidal gearbox ratio, particularly for motor vehicle, has single-loop control loop with regulator with differential elements in addition to proportional element Download PDF

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Publication number
DE10236619A1
DE10236619A1 DE2002136619 DE10236619A DE10236619A1 DE 10236619 A1 DE10236619 A1 DE 10236619A1 DE 2002136619 DE2002136619 DE 2002136619 DE 10236619 A DE10236619 A DE 10236619A DE 10236619 A1 DE10236619 A1 DE 10236619A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
toroidal
controller
regulator
control loop
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE2002136619
Other languages
German (de)
Inventor
Steffen Dipl.-Ing. Henzler
Ralph Dipl.-Ing. Samietz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Priority to DE2002136619 priority Critical patent/DE10236619A1/en
Publication of DE10236619A1 publication Critical patent/DE10236619A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H61/00Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/66Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for continuously variable gearings
    • F16H61/664Friction gearings
    • F16H61/6648Friction gearings controlling of shifting being influenced by a signal derived from the engine and the main coupling
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00Automatic controllers
    • G05B11/01Automatic controllers electric
    • G05B11/36Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.

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Abstract

The toroidal regulating device has a single-loop control loop with a regulator (R1) that has at least one differential element in addition to a proportional element. The regulator has at least one integral element whose lag time is greater than a regulator delay time. The integral element's lag time can be five times greater than the regulator's delay time. Independent claims are also included for the following: (a) a method of using an inventive toroidal regulating device (b) and a toroidal gearbox with an inventive toroidal regulating device.

Description

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Toroidregelvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention particularly relates a toroidal control device according to the preamble of claim 1.

Aus der US 5 669 849 ist eine Toroidregelvorrichtung zur Regelung eines Übersetzungsverhältnisses eines Toroidgetriebes bekannt. Die Toroidregelvorrichtung besitzt ein erstes, elektronisches Rückmeldesystem bzw. eine erste Regelschleife mit einem ersten Regler, welcher eine Rückmeldung von einer ersten physikalischen Kenngröße liefert, und zwar eines Schwenkwinkels eines Zwischenrollers. Ferner besitzt die Toroidregelvorrichtung ein zweites elektronisches Rückmeldesystem bzw. eine zweite Regelschleife mit einem zweiten Regler, welcher eine Rückmeldung von einer zweiten physikalischen Kenngröße liefert, und zwar von einer Änderungsgeschwindigkeit des Schwenkwinkels.From the US 5,669,849 a toroidal control device for controlling a transmission ratio of a toroidal transmission is known. The toroidal control device has a first, electronic feedback system or a first control loop with a first controller, which provides feedback from a first physical characteristic, namely a pivot angle of an intermediate roller. Furthermore, the toroidal control device has a second electronic feedback system or a second control loop with a second controller, which provides feedback from a second physical characteristic of a rate of change of the swivel angle.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Toroidregelvorrichtung bereitzustellen, die bei einem insgesamt geringen konstruktiven Aufwand ein besonders stabiles Regelverhalten mit einer kurzen Einregelzeit ermöglicht. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und Nebenansprüchen.The invention is particularly the object of the invention to provide a Toroidregelvorrichtung, the at a low total design effort a particularly stable control behavior with a short settling time allows. It is according to the invention solved by the features of claim 1. Further embodiments emerge from the dependent claims and ancillary claims.

Die Erfindung geht aus von einer Toroidregelvorrichtung zur Regelung eines Übersetzungsverhältnisses eines Toroidgetriebes, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.The invention is based on a Toroidal control device for controlling a transmission ratio a toroidal transmission, in particular a motor vehicle.

Es wird vorgeschlagen, daß die Toroidregelvorrichtung einen einschleifigen Regelkreis mit einem Regler aufweist, der neben einem Proportionalglied wenigstens ein Differenzialglied besitzt. Mit Hilfe des D-Anteils können Polstellen, d.h. Nullstellen eines eine Regelstrecke beschreibenden Nennerpolynoms kompensiert werden. Unter Verwendung einer geringen Zeitkonstante T1 kann eine zusätzliche Polstelle in der linken Halbebene einer durch eine Imaginärachse und eine Realachse aufgespannten Ebene mit großem Abstand zur Imaginärachse plaziert werden. Es kann eine schnelle und besonders stabile Regelung erreicht werden. Ferner kann eine Vorhaltezeit Tv des Reglers frei gewählt werden, um die Regeleigenschaften positiv zu beeinflussen. Ein zweites Rückmeldesystem bzw. eine zweite Regelschleife mit einem zweiten Regler kann vorteilhaft vermieden werden. Mit einem einzelnen Regler kann vorteilhaft bei einem Toroidgetriebe, insbesondere bei einem Volltoroidgetriebe, ein Castor-Winkel, d.h. ein Winkel zwischen einer Zwischenrollerhalterung bzw. einem Stellkolben eines Zwischenrollers und Zentralwellen des Toroidgetriebes, gleich Null gesetzt und dennoch eine stabile und schnelle Regelung erreicht werden. Kann der Castor-Winkel gleich Null gesetzt bzw. der Stellkolben des Zwischenrollers senkrecht zu den Zentralwellen des Toroidgetriebes ausgeführt werden, können insbesondere konstruktiver Aufwand und Bauraum eingespart werden. Bei einem Castor-Winkel gleich Null ist im Vergleich zu einem Castor-Winkel ungleich Null nur in einer Stellung keine Schwenkung des Zwischenrollers erreichbar, wodurch ein kleiner Hub des Stellkolbens erreicht und Energie eingespart werden kann.It is proposed that the toroidal control device has a single-loop control loop with a controller which has at least one differential element in addition to a proportional element. Poles, ie zeros of a denominator polynomial describing a controlled system, can be compensated with the aid of the D component. Using a small time constant T1, an additional pole in the left half plane of a plane spanned by an imaginary axis and a real axis can be placed at a large distance from the imaginary axis. It can be achieved a fast and very stable control. Furthermore, a derivative time T v of the controller can be chosen freely in order to positively influence the control properties. A second feedback system or a second control loop with a second controller can be advantageously avoided. With a single regulator can advantageously in a Toroidgetriebe, especially in a Volltoroidgetriebe, a Castor angle, ie set an angle between a Zwischenrollerhalterung or an actuating piston of a Zwischenrollers and central shafts of the Toroidgetriebes equal to zero and yet a stable and fast control can be achieved. If the Castor angle can be set equal to zero or the adjusting piston of the intermediate roller can be made perpendicular to the central shafts of the toroidal transmission, in particular constructive effort and installation space can be saved. At a Castor angle equal to zero, compared to a non-zero Castor angle, no pivoting of the intermediate roller can be achieved in only one position, whereby a small stroke of the actuating piston can be achieved and energy can be saved.

Zur Ermittlung der Regelgröße können verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Zustandsgrößen sensorisch erfaßt werden, die übersetzungsabhängiger und/oder drehmomentabhängiger Natur sein können, wie beispielsweise eine Drehzahlübersetzung, einzelne Drehzahlen, ein Schwenkwinkel, eine Übersetzungsänderung, eine Drehbeschleunigung, eine Schwenkwinkelgeschwindigkeit, eine Stellgeschwindigkeit, ein oder mehrere Drehmomentwerte, eine Stellkolbenkraft, eine Druckdifferenz, eine Druckänderung und/oder eine Druckdifferenzänderung usw.To determine the controlled variable, various sensible to the person skilled in the art as meaningful state variables detected become more translation dependent and / or torque-dependent Can be nature such as a speed ratio, individual speeds, a swivel angle, a ratio change, a spin, a swivel angular velocity, an actuating velocity or more torque values, a control piston force, a pressure difference, a pressure change and / or a pressure difference change etc.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Regler wenigstens ein Integralglied aufweist, wodurch stationäre Regelabweichungen zumindest weitgehend vermieden werden können. Es können grundsätzlich zwei Polstellen kompensiert werden. Um eine besonders hohe Stabilität zu erreichen, ist vorteilhaft eine Nachlaufzeit des Integralglieds größer als eine Verzögerungszeit des Reglers, und zwar ist die Nachlaufzeit mindestens um den Faktor 5, vorteilhaft um den Faktor 10, größer als die Verzögerungszeit des Reglers. Es kann vorteilhaft eine Dämpfung größer als eins erreicht werden.In a further embodiment of the Invention is proposed that the controller at least one Integral member has, whereby stationary control deviations at least can be largely avoided. It can in principle two poles are compensated. To achieve a particularly high stability, is advantageous a lag time of the integral term greater than a delay time of the controller, and indeed the follow-up time is at least a factor 5, advantageously by a factor of 10, greater than the delay time of the regulator. It can be advantageously achieved an attenuation greater than one.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages arise the following description of the drawing. In the drawing are exemplary embodiments represented the invention. The description and the claims contain numerous features in combination. The skilled person will become the characteristics expediently also consider individually and to meaningful further combinations sum up.

Es zeigt:It shows:

1 einen Ausschnitt eines schematisch dargestellten Volltoroidgetriebes, 1 a detail of a solid toroidal transmission shown schematically,

2 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels mit einem PDT1-Regler, 2 1 is a block diagram of a first embodiment with a PDT 1 controller,

3 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels mit einem PIDT1-Regler, 3 a block diagram of a second embodiment with a PIDT 1 controller,

4 eine Wurzelortskurve für γ = 0, TR = 0, TV < TS2, 4 a root locus for γ = 0, T R = 0, T V <T S2 ,

5 eine Wurzelortskurve für γ = 0, TR = 0, TV = TS2, 5 a root locus for γ = 0, T R = 0, T V = T S2 ,

6 eine Wurzelortskurve für γ = 0, TR = 0, TV > TS2, 6 a root locus for γ = 0, T R = 0, T V > T S2 ,

7 eine Wurzelortskurve für γ = 0, TR = 0, TV >> TS2, 7 a root locus for γ = 0, T R = 0, T V >> T S2 ,

8 eine Wurzelortskurve für γ = 0, TR > 0, 8th a root locus for γ = 0, T R > 0,

9 eine Wurzelortskurve für γ > 0, TR = 0 sowie einer Polstellenkompensation, 9 a root locus for γ> 0, T R = 0 and a pole position compensation,

10 eine Wurzelortskurve für γ > 0, TR = 0 sowie TV > –1/sp2,3, 10 a root locus for γ> 0, T R = 0 and TV> -1 / s p2,3 ,

11 einen Vergleich eines Führungsgrößenverhaltens eines Regelkreises mit unterschiedlichen Castor-Winkeln, 11 a comparison of a reference variable behavior of a control loop with different Castor angles,

12 eine Wurzelortskurve eines PIDT1-Reglers für γ = 0, TR > 0 12 a root locus of a PIDT 1 controller for γ = 0, T R > 0

13 eine Wurzelortskurve eines PIDT1-Reglers für γ = 0, TR > 0 13 a root locus of a PIDT 1 controller for γ = 0, T R > 0

14 einen Vergleich eines Führungsverhaltens des PIDT1-Reglers aus 11 und 13 für unterschiedliche Sprunghöhen und 14 a comparison of a leadership behavior of the PIDT 1 controller 11 and 13 for different jump heights and

15 einen Vergleich eines Führungsverhaltens eines Regelkreises mit einem PIDT1-Regler für γ = 0 und einem PDT1-Regler für γ = 5 bei identischer Zeitverzögerung TR und Verstärkung KR sowie angepaßter Vorhaltezeit TV. 15 a comparison of a control behavior of a control loop with a PIDT 1 controller for γ = 0 and a PDT 1 controller for γ = 5 with identical time delay T R and gain K R and matched derivative time T V.

1 zeigt einen Ausschnitt eines schematisch dargestellten Volltoroidgetriebes eines Kraftfahrzeugs mit einer Toroidregelvorrichtung zur Regelung eines Übersetzungsverhältnisses. Das Volltoroidgetriebe besitzt einen zwischen zwei Toroidscheiben 12, 13 angeordneten Zwischenroller 14, dessen Schwenkwinkel λ zwischen den Toroidscheiben 12, 13 über eine hydraulische Stelleinheit 15 einstellbar ist. Die Stelleinheit 15 besitzt hierfür einen Ventilblock 11, über den in einer doppelwirkenden Kolben-Zylindereinheit 16 eine Druckdifferenz p1–p2 einstellbar ist. Die Kolben-Zylindereinheit 16 ist über eine Kolbenstange 17 mit dem Zwischenroller 14 verbunden, wobei über eine Stellkraft der Kolben-Zylindereinheit 16 die Kolbenstange 17 in Richtung 18, 19 verschiebbar und dadurch der Schwenkwinkel λ einstellbar ist. Die Kolbenstange 17 ist senkrecht zu Zentralwellen 20, 21 des Volltoroidgetriebes ausgerichtet bzw. besitzt das Volltoroidgetriebe einen Castor-Winkel gleich Null. 1 shows a section of a solid toroidal transmission of a motor vehicle shown schematically with a toroidal control device for controlling a transmission ratio. The solid toroidal transmission has one between two toroidal discs 12 . 13 arranged intermediate scooter 14 , whose pivot angle λ between the toroidal disks 12 . 13 via a hydraulic actuator 15 is adjustable. The actuator 15 has a valve block for this purpose 11 , about in a double-acting piston-cylinder unit 16 a pressure difference p 1 -p 2 is adjustable. The piston-cylinder unit 16 is via a piston rod 17 with the intermediate scooter 14 connected, wherein via a force of the piston-cylinder unit 16 the piston rod 17 in the direction 18 . 19 displaced and thereby the swivel angle λ is adjustable. The piston rod 17 is perpendicular to central waves 20 . 21 aligned the Volltoroidgetriebes or the Volltoroidgetriebe has a Castor angle equal to zero.

Erfindungsgemäß besitzt die Toroidregelvorrichtung einen einschleifigen Regelkreis mit einem Regler R1, der neben einem Proportionalglied PG ein Differentialglied DG aufweist (2). Hierfür wird von einer Sensoreinheit 10 der Schwenkwinkel λ erfaßt, wobei der Schwenkwinkel λ und eine Führungsgröße W direkt dem Regler R1 zugeführt werden.According to the invention, the toroidal control device has a single-loop control loop with a regulator R 1 which , in addition to a proportional element PG, has a differential element DG ( 2 ). This is done by a sensor unit 10 the pivot angle λ detected, wherein the pivot angle λ and a command variable W are fed directly to the controller R 1 .

Die Erfindung geht von folgenden Erkenntnissen aus.The invention is based on the following Findings.

Für die Wahl und Auslegung eines geeigneten Reglers ist es günstig ein mathematisches Gesamtmodell zu verwenden, das einzelne Elemente des Volltoroidgetriebes in Form von Übertragungsfunktionen G abbildet. Die Betrachtungen erfolgen dabei im Bildbereich in Abhängigkeit der Laplace-Variablen s.For the choice and design of a suitable regulator, it is favorable to use mathematical whole model, the individual elements the Volltoroidgetriebes in the form of transfer functions G maps. The considerations are made in the image area depending on the Laplace variable s.

Ziel ist die Generierung einer analytischen Gesamtübertragungsfunktion G möglichst geringer Ordnung bei hinreichender Genauigkeit. Eine sich ergebende Regelstrecke RS wird in einzelne Teilregelstrecken RSa, RSb, RSc aufgeteilt, da für den Aufbau verschiedener Regelungen einzelne Übertragungsglieder zwischen vorliegenden Zustandsgrößen bekannt sein müssen. In einem ersten Schritt soll ein dynamisches Verhalten der hydraulischen Regelstrecke RSa mittels einer ersten Übertragungsfunktion GS1(s) dargestellt werden. Im zweiten Schritt erfolgt die Beschreibung einer Übertragungsfunktion GS2(s) der mechanischen Regelstrecke RSb, bei der es den Einfluß des Castor-Winkels γ zu berücksichtigen gilt. Die Schnittstelle bildet ein Stellkolben der Kolben-Zylindereinheit 16. Im dritten und letzten Schritt erfolgt die Beschreibung einer Übertragungsfunktion GS3(s) der Regelstrecke RSc, und zwar der Kopplung von Drehzahlverhältnis i und Schwenkwinkel λ.The goal is the generation of an analytical total transfer function G of the least possible order with sufficient accuracy. A resulting controlled system RS is divided into individual partial control paths RS a , RS b , RS c , since individual transmission elements between existing state variables must be known for the construction of different controls. In a first step, a dynamic behavior of the hydraulic controlled system RS a is to be represented by means of a first transfer function G S1 (s). In the second step, the description of a transfer function GS 2 (s) of the mechanical controlled system RSb takes place, in which the influence of the castor angle γ must be considered. The interface forms an actuating piston of the piston-cylinder unit 16 , In the third and final step, the description of a transfer function G S3 (s) of the controlled system RS c , namely the coupling of speed ratio i and swing angle λ.

Hinsichtlich der Nomenklatur wird auf in der Regelungstechnik übliche Begriffe zurückgegriffen. Größen, die sich auf den Regler R1 beziehen, werden mit R, die sich auf die Regelstrecke RS beziehen, werden mit S indiziert.With regard to nomenclature, use is made of terms customary in control engineering. Quantities relating to the controller R 1 are indicated by S, which refer to the controlled system RS.

Für die Regelstrecke RSa sind insbesondere die Eigenschaften eines verwendeten Steuerventils maßgebend. Besitzt dieses beispielsweise einen eng tolerierten, lagegeregelten Regelschieber ohne Überdeckung von Steuerkanten, so weist die Volumenstrom-Kennlinie in Abhängigkeit der Stellgröße y einen nahezu linearen Verlauf auf. Unter Vernachlässigung der Dynamik des Regelschiebers sowie von Ansprechzeiten ergibt sich damit ein proportionales Übertragungsverhalten. Wird ferner von einem System ohne Leckage ausgegangen, so besteht infolge der Kontinuitätsgleichung wiederum ein proportionaler Zusammenhang zwischen Volumenstrom und translatorischer Geschwindigkeit des Stellkolbens. Dessen Lage läßt sich mittels Integration ermitteln. Die Übertragungsfunktion GS1(s) entspricht damit einem reinen Integralglied.For the controlled system RS a in particular the properties of a control valve used are authoritative. For example, if this has a tightly tolerated, position-controlled control slide without overlapping of control edges, then the volume flow characteristic curve has a virtually linear course as a function of the manipulated variable y. Neglecting the dynamics of the control slide and response times, this results in a proportional transmission behavior. Furthermore, if a system without leakage is assumed, there will again be a proportional relationship between the volume flow and the translatory speed of the actuating piston as a result of the equation of continuity. Its location can be determined by integration. The transfer function G S1 (s) thus corresponds to a pure integral term.

Figure 00070001
Figure 00070001

Die hydraulische Verstärkung KS1 in Gleichung (1) wird durch einen Nennvolumenstrom QN, einen Nenndruckabfall ΔpN, einen tatsächlichen Druckabfall Δp an der Steuerkante des Steuerventils sowie durch eine Kolbenfläche AK des Stellkolbens und eine maximale Stellgröße ymax bestimmt:

Figure 00070002
Als weitere Zustandsgröße des Zwischenrollers 14 wurde für die Regelstrecke RSb der Schwenkwinkel λ eingeführt. Zur Ermittlung des Übertragungsverhaltens mit einer Eingangsgröße x, und zwar einem Stellweg des Stellkolbens der Kolben-Zylindereinheit 16, dient eine Bewegungsgleichung für die Schwenkbewegung des Zwischenrollers 14 als Basis. Werden die kinematischen Verhältnisse im Kontakt berücksichtigt, zeigt sich eine nichtlineare Beziehung zwischen einer Schwenkbeschleunigung und verschiedener Zustandsgrößen sowie deren Ableitungen,
Figure 00080001
(mit . 1, . 2: Drehzahlen der ersten und zweiten Toroidscheibe 12, 13).The hydraulic gain K S1 in equation (1) is determined by a nominal volume flow Q N , a nominal pressure drop Δp N , an actual pressure drop Δp at the control edge of the control valve and a piston area A K of the control piston and a maximum control variable y max :
Figure 00070002
As a further state variable of the intermediate roller 14 was introduced for the controlled system RS b the pivot angle λ. To determine the transmission behavior with an input variable x, namely a travel of the actuating piston of the piston-cylinder unit 16 , an equation of motion is used for the pivotal movement of the intermediate roller 14 as a base. If the kinematic relationships in the contact are taken into account, a non-linear relationship between a pivoting acceleration and various state variables and their derivatives is shown.
Figure 00080001
(with 1 , 2 : speeds of the first and second toroidal disc 12 . 13 ).

Deshalb wird im nächsten Schritt eine Linearisierung um einen Arbeitspunkt λs = 0° durchgeführt. Für einen Castor-Winkel γ > 0° ergibt sich ein proportionales Übertragungsverhalten mit einer Verzögerung zweiter Ordnung, für einen Castor-Winkel γ = 0° ein integrierendes Verhalten mit einer Verzögerung erster Ordnung.Therefore, in the next step, a linearization is performed around an operating point λ s = 0 °. For a Castor angle γ> 0 °, a proportional transmission behavior results with a second-order delay, for a Castor angle γ = 0 ° an integrating behavior with a first-order delay.

Die Übertragungsfunktion GS2(s) läßt sich mit Hilfe der Gesetze für zusammengeschaltete Regelkreisglieder wie folgt bestimmen:

Figure 00080002
The transfer function G S2 (s) can be determined using the laws for interconnected control loop elements as follows:
Figure 00080002

Im Folgenden wird vorausgesetzt, daß sich ein aktueller Reibwert stets im linearen Bereich einer Reibwert-Schlupf-Kurve befindet. Für einen Proportionalitätsfaktor zwischen Reibwert μ und Schlupf s wird eine Variable mμ eingeführt. Ferner sei die Drehdämpfung ld4 des Zwischenrollers 14 und einer nicht näher dargestellten Führungsgabel zur Schwenkgeschwindigkeit proportional, es wird hierfür ein Parameter d4 verwendet.In the following, it is assumed that a current coefficient of friction is always in the linear range of a friction-value slip curve. For a proportionality factor between coefficient of friction μ and slip s, a variable m μ is introduced. Furthermore, let the rotary damping d4 of the intermediate roller be 14 and a guide fork, not shown, proportional to the swivel speed, a parameter d 4 is used for this purpose.

Eine Zeitkonstante TS2 sowie Verstärkungsfaktoren KS2 und Kγ sind definiert zu:

Figure 00090001
(Index 1:
1: Toroidscheibe 12
2: Toroidscheibe 13
3: Zwischenroller 14 4: Führungsgabel/Kolbenstange 17,
mit RTM: Toroidcenterkreisradius
R3: Radius des Zwischenrollers 14
I3: Trägheitsmoment des Zwischenrollers 14 um die Schwenkachse des Zwischenrollers 14
I4: Trägheitsmoment der Führungsgabel/Kolbenstange 17 um die Schwenkachse des Zwischenrollers 14
fn: Normalkraft im Kontaktpunkt)A time constant T S2 and gain factors K S2 and K γ are defined as:
Figure 00090001
(Index 1:
1: toroidal disc 12
2: toroidal disc 13
3: intermediate scooter 14 4: Guide fork / piston rod 17 .
with RT M : Toroidcenterkreisradius
R 3 : radius of the intermediate roller 14
I 3 : Moment of inertia of the intermediate roller 14 about the pivot axis of the intermediate roller 14
I 4 : Moment of inertia of the guide fork / piston rod 17 about the pivot axis of the intermediate roller 14
f n : normal force at the contact point)

Für einen Castor-Winkel γ = 0° wird die Konstante Kγ zu null, vgl. Gleichung (7). Die Übertragungsfunktion GS2(s) der mechanischen Regelstrecke RSb erhält man aus der Gleichung (4) durch Erweiterung mit Kγ.For a Castor angle γ = 0 °, the constant K γ becomes zero, cf. Equation (7). The transfer function G S2 (s) of the mechanical controlled system RS b is obtained from the equation (4) by extension with K γ .

Abschließend wird hinsichtlich der Regelstrecke RSc der Zusammenhang zwischen dem Schwenkwinkel λ und der Drehzahlübersetzung i dargestellt. Unter Vernachlässigung des Schlupfes besteht folgende Beziehung:

Figure 00100001
Finally, with regard to the controlled system RS c, the relationship between the swivel angle λ and the speed ratio i is shown. Neglecting the slip, the following relationship exists:
Figure 00100001

In einem Bereich ungefähr zwischen –10°–λ +10° liefert die Linearisierung um den Arbeitspunkt λ = 0°

Figure 00100002
eine gute Übereinstimmung mit Gleichung (8). Da in der Praxis ein deutlich größerer Verstellbereich genutzt wird, ist eine Linearisierung um verschiedene Arbeitspunkte durchzuführen. Alternativ kann anhand einer analytischen Gleichung – beispielsweise der Umkehrfunktion von Gleichung (8) – oder einer Näherungsfunktion ein korrelierender Schwenkwinkel λ bestimmt und als Regelgröße herangezogen werden.In a range approximately between -10 ° -λ + 10 °, the linearization around the operating point gives λ = 0 °
Figure 00100002
a good match with equation (8). Since a significantly larger adjustment range is used in practice, a linearization is to be performed at different operating points. Alternatively, based on an analytical equation - for example, the inverse function of equation (8) - or an approximation function, a correlating swing angle λ can be determined and used as a controlled variable.

Das dynamische Verhalten der gesamten Regelstrecke RS kann nun näherungsweise durch einige wenige lineare Differentialgleichungen beschrieben werden.The dynamic behavior of the whole Controlled system RS can now be approximated described by a few linear differential equations become.

Das Verhalten der Regelstrecke Gs(s) ergibt sich aus dem Produkt der Teilstrecken RSa, RSb, RSc:

Figure 00110001
The behavior of the controlled system G s (s) results from the product of the sections RS a , RS b , RS c :
Figure 00110001

Aus der Anschauung von Gleichung (11) kann abgeleitet werden, daß mit Hilfe des D-Anteils des PDT1-Reglers R1

Figure 00110002
eine von Null verschiedene Polstelle des offenen Regelkreises kompensiert werden kann. Der Regelkreis wird schneller, die Stabilität des Regelkreises verbessert. Ebenso ist es möglich, eine Vorhaltezeit TV des Reglers R1 frei zu wählen, um die Eigenschaften des geschlossenen Regelkreises positiv zu beeinflussen. Mittels einer Verzögerungszeit TR des Reglers R1 läßt sich die Lage einer Polstelle vorgeben und damit die Dynamik des Regelkreises gezielt beeinflussen.From the view of equation (11) it can be deduced that with the aid of the D-portion of the PDT 1 controller R 1
Figure 00110002
a non-zero pole of the open loop can be compensated. The control loop is faster, the stability of the control loop is improved. It is also possible to freely select a derivative time T V of the regulator R 1 in order to positively influence the properties of the closed control loop. By means of a delay time T R of the controller R 1 , the position of a pole can be specified and thus influence the dynamics of the control loop targeted.

Das Übertragungsverhalten des offenen Kreises ist definiert durch:

Figure 00120001
The transmission behavior of the open circuit is defined by:
Figure 00120001

Es können vier verschiedene Fälle unterschieden werden:There are four different cases become:

Fall A: γ = 0, TR = 0Case A: γ = 0, T R = 0

Die Gleichung (12) reduziert sich auf:

Figure 00120002
The equation (12) reduces to:
Figure 00120002

Eine Polstellenkompensation wird durch Gleichsetzen der Vorhaltezeit TV des Reglers R1 und der Verzögerungszeit TS2 der Regelstrecke RS erreicht. Für das Übertragungsverhalten des offenen Regelkreises ergibt sich ein I2-Glied (5). Der geschlossene Regelkreis ist unabhängig der Gesamtverstärkung K grenzstabil.A Polstellenkompensation is achieved by equating the lead time T V of the controller R 1 and the delay time T S2 of the controlled system RS. The transfer behavior of the open loop results in an I 2 element ( 5 ). The closed loop is independent of the overall gain K grenzstabil.

Bleibt die Vorhaltezeit TV frei wählbar, so sind zwei Fälle zu unterscheiden. Zum einen besteht die Möglichkeit, die Vorhaltezeit TV kleiner als die Zeitkonstante TS2 zu setzen. Beispielsweise anhand des Wurzelschwerpunkts

Figure 00120003
zeigt sich, daß dieser in der rechten Halbebene liegen wird, der Regelkreis somit instabil wird (4). Zum anderen besteht die Möglichkeit, die Vorhaltezeit TV größer als die Zeitkonstante TS2 zu setzen, wodurch der Wurzelschwerpunkt sW in die linke Halbebene wandert. Der Regelkreis ist für eine Gesamtverstärkung K > 0 stabil (6). Daraus folgt, daß die Vorhaltezeit TV möglichst groß zu wählen ist (7).If the derivative time T V remains freely selectable, two cases must be distinguished. On the one hand, it is possible to set the derivative time T V smaller than the time constant T S2 . For example, based on the root gravity
Figure 00120003
shows that this will lie in the right half-plane, the control loop thus becomes unstable ( 4 ). On the other hand, it is possible to set the derivative time T V greater than the time constant T S2 , as a result of which the root center of gravity s W travels to the left half-plane. The control loop is stable for a total gain K> 0 ( 6 ). It follows that the derivative time T V is to be chosen as large as possible ( 7 ).

Fall B: γ = 0, TR > 0Case B: γ = 0, T R > 0

Für TR > 0 lautet das Übertragungsverhalten wie folgt:

Figure 00130001
For T R > 0, the transmission behavior is as follows:
Figure 00130001

Die Verzögerungszeit TR wird möglichst klein gehalten, so daß die Polstelle des geschlossenen Regelkreises negative, betragsmäßig möglichst große reelle Werte annimmt.The delay time T R is kept as small as possible, so that the pole of the closed loop adopts negative, as far as possible in terms of magnitude, real values.

Aufgrund der um drei höheren Anzahl von Polstellen gegenüber Nullstellen ergeben sich bei der Wurzelortskurve für Gleichung (15) die gleiche Anzahl von Asymptoten, die einen Winkel von 60°, 180° sowie 270° gegenüber der Realteil-Achse einnehmen.Due to the three higher number from poles opposite Zeros result at the root locus for equation (15) the same number of asymptotes, which have an angle of 60 °, 180 ° and 270 ° to the Take real part axis.

Bei einer Polstellenkompensation besitzt die Übertragungsfunktion Go(s) des offenen Regelkreises dieselbe Struktur wie die ungeregelte Regelstrecke RS. Der von Null verschiedene Pol wandert für TR < TS2 in der komplexen s-Ebene nach links. Der Austrittswinkel der Äste aus der doppelten Nullstelle s1,2 ist zu 5 identisch, der Regelkreis ist für K > 0 instabil.In a pole position compensation, the transfer function G o (s) of the open loop has the same structure as the unregulated controlled system RS. The nonzero pole moves to the left for T R <T S2 in the complex s plane. The exit angle of the branches from the double zero s 1,2 is too 5 identical, the control loop is unstable for K> 0.

Wird wie in Fall A eine Vergrößerung von der Vorhaltezeit TV durchgeführt, ergibt sich für 0 < K < Kkrit ein stabiles Verhalten. Je nach Größe von TV und TR ist eine Dämpfung D ≥ 1 realisierbar. 8 zeigt die Wurzelortskurven für eine anzustrebende Auslegung der Reglerzeitkonstanten. Liegt der Vereinigungspunkt sehr nahe an der imaginären Achse, ist das dynamische Verhalten des Systems bei einer Auslegung von D ≥ 1 träge. Ein Vergleich mit Fall A zeigt, daß die Verzögerungszeit TR die Schnelligkeit des Regelkreises verringert.If, as in case A, an increase of the derivative time T V is performed, a stable behavior results for 0 <K <K crit . Depending on the size of T V and T R damping D ≥ 1 can be realized. 8th shows the root loci for a desired design of the controller time constant. If the merge point is very close to the imaginary axis, the dynamic behavior of the system is sluggish with a design of D ≥ 1. A comparison with Case A shows that the delay time T R reduces the speed of the control loop.

Fall C: γ > 0, TR = 0Case C: γ> 0, T R = 0

Die Gleichung (12) liefert:

Figure 00140001
Equation (12) provides:
Figure 00140001

Die Asymptoten verlaufen parallel zur Imaginärachse. Der Wurzelschwerpunkt sW wird durch den Castor-Winkel γ nicht beeinflusst, es gilt weiterhin Gleichung (13). Bei TV > TS2 liegt der Wurzelschwerpunkt sW wiederum in der linken Halbebene, das System ist für alle Gesamtverstärkungen K > 0 stabil. Im Falle einer Polstellenkompensation besitzen Pol- und Nullstelle sowie der Verzweigungspunkt der Wurzelortskurve denselben Wert (9). Eine Erhöhung der Systemdynamik kann durch Vergrößerung der Vorhaltezeit TV erzielt werden (10).The asymptotes run parallel to the imaginary axis. The root center of gravity s W is not affected by the Castor angle γ. Equation (13) continues to apply. At T V > T S2 , the root gravity center s W is again in the left half-plane, the system is stable for all overall gains K> 0. In the case of a pole position compensation pole and zero and the branch point of the root locus have the same ben value ( 9 ). An increase in the system dynamics can be achieved by increasing the derivative time T V ( 10 ).

Fall D: γ > 0, TR > 0Case D: γ> 0, T R > 0

Den Betrachtungen liegt das Übertragungsverhalten nach Gleichung (12) zugrunde. Es ergeben sich wie in Fall B drei Äste der Wurzelortskurve, die ins Unendliche verlaufen. Instabilität tritt für große Werte der Gesamtverstärkung K auf. Die Verzögerung TR > 0 bewirkt ferner gegenüber Fall C eine Verschiebung des Verzweigungspunkts in Richtung imaginärer Achse, die maximal mögliche Einregelzeit wird verringert. Damit ist die Zeitkonstante möglichst klein zu halten.The considerations are based on the transmission behavior according to equation (12). As in case B, there are three branches of the root locus that run to infinity. Instability occurs for large values of the overall gain K. The delay T R > 0 also causes a shift of the branch point in the direction of imaginary axis compared to case C, the maximum possible settling time is reduced. Thus, the time constant is to be kept as small as possible.

Abschließend wird ein Vergleich des Führungsgrößenverhaltens des Regelkreises mit dem Regler R1 bei unterschiedlichem Castor-Winkel γ aufgezeigt. Als Vergleichsbasis dient ein Regler mit identischer Zeitverzögerung TR und Verstärkung KR sowie angepaßter Vorhaltezeit TV. Unter Verwendung eines Castor-Winkels γ ≠ 0 kann beim Schwenkwinkel λ ein idealer Verlauf erzielt werden, für γ = 0 ergibt sich ein ähnlich gutes Verhalten (11). Charakteristische Merkmale der analysierten Reglerauslegungen sind ein leichtes Überschwingen sowie geringe stationäre Regelabweichungen. Das in 11 dargestellte Zeitverhalten zeigt zunächst ein asymptotisches Nähern des Zwischenrollers 14 an den neuen Sollwert, weist jedoch nach einigen Sekunden die genannte Regelabweichung auf.Finally, a comparison of the reference variable behavior of the control loop with the controller R 1 at different Castor angle γ is shown. The comparison basis is a controller with identical time delay T R and gain K R and matched derivative time T V. Using a Castor angle γ ≠ 0, an ideal course can be achieved at the swivel angle λ, for γ = 0, a similarly good behavior results ( 11 ). Characteristic features of the analyzed controller designs are a slight overshoot and low steady-state deviations. This in 11 shown timing initially shows an asymptotic approaching the intermediate roller 14 to the new setpoint value, however, after a few seconds, the mentioned control deviation.

Prinzipiell kann durch Erhöhung der Verzögerungszeit TR die stationäre Regelabweichung vermindert werden, der Regelkreis wird bei ansonsten identischer Auslegung schneller, die Vorhaltezeit TV ist anzupassen.In principle, by increasing the delay time T R, the stationary control deviation can be reduced, the control loop is faster with otherwise identical design, the lead time T V is adjusted.

3 zeigt eine alternative Toroidregelvorrichtung mit einem Regler R2, der neben einem Proportionalglied PG und einem Dif ferenzialglied DG ein Integralglied IG aufweist, und zwar in additiver Form nach der Gleichung

Figure 00160001
um stationäre Regelabweichungen zu beseitigen bzw. zu verhindern. 3 shows an alternative Toroidregelvorrichtung with a controller R 2 , which in addition to a proportional element PG and a differential element DG DG has an integral term IG, in additive form according to the equation
Figure 00160001
to eliminate or prevent stationary control deviations.

Im wesentlichen gleichbleibende Bauteile sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert.Substantially constant components are basically numbered with the same reference numerals.

Eine Fallunterscheidung zwischen TR = 0 und TR > 0 wird nicht mehr vorgenommen, die Effekte wurden bereits vorstehend unter Verwendung des Reglers R1 aufgezeigt.A case distinction between T R = 0 and T R > 0 is no longer made, the effects have already been shown above using the regulator R 1 .

Fall A: γ = 0Case A: γ = 0

Zunächst wird der vereinfachte Fall für Kγ = 0 betrachtet. Die Übertragungsfunktion GR(S) des offenen Regelkreises lautet:

Figure 00160002
First, consider the simplified case for K γ = 0. The transfer function G R (S) of the open loop is:
Figure 00160002

Das System besitzt eine dreifache Nullstelle im Koordinatenursprung. Wird eine Polstellenkompensation mit einer Nachlaufzeit TN > 0 und einer Vorhaltezeit TV > 0 durchgeführt, besitzen zwei der drei Äste der Wurzelortskurve für K > 0 unabhängig von TR stets positive Real-Teile, das System ist instabil.The system has a threefold zero in the coordinate origin. If a pole-position compensation is performed with a follow-up time T N > 0 and a derivative time T V > 0, two of the three branches of the root locus for K> 0 always have positive real parts independently of T R , the system is unstable.

Für die Stabilität des Systems ist der Wurzelschwerpunkt

Figure 00170001
möglichst weit in der linken Halbebene zu plazieren, die Zeitkonstanten TV und TN sind groß zu wählen, die Verzögerungszeit TR ist klein zu halten.For the stability of the system is the root focus
Figure 00170001
as far as possible to place in the left half-plane, the time constants T V and T N are large to choose, the delay time T R is to be kept small.

Für K > Kkrit ist das System stabil, ferner ist eine Auslegung mit maximaler Regelkreisdynamik sowie einer Dämpfung von eins möglich (12 und 13). In 14 ist beispielhaft ein Vergleich des Führungsgrößenverhaltens des Toroidgetriebes für unterschiedliche Sprunghöhen gegeben. Es zeigt sich hierbei eine geringe Abhängigkeit von der Sprunghöhe. Das dynamische Verhalten wurde für eine Sprunghöhe von +10° optimiert. Stationäre Regelabweichungen, wie sie bei Verwendung eines PDT1-Reglers auftreten, können somit mit Hilfe des Integralglieds IG vollständig beseitigt werden.For K> K crit , the system is stable, and a design with maximum control loop dynamics and a damping of one is possible ( 12 and 13 ). In 14 By way of example, a comparison of the reference variable behavior of the toroidal transmission for different jump heights is given. This shows a low dependence on the jump height. The dynamic behavior has been optimized for a jump height of + 10 °. Stationary control deviations, as they occur when using a PDT 1 controller can thus be completely eliminated by means of the integral term IG.

Für andere Sollwertänderungen zeigen sich zunächst Regelabweichungen, die infolge des geringen Integralen-Anteils nur sehr langsam ausgeregelt werden. Bei kleineren Sprunghöhen wird der neue Sollwert überschritten, bei größeren Sprunghöhen unterschritten. Durch Berücksichtigung der Sprunghöhe bei den Reglerparametern ist eine Eliminierung des Einflusses möglich.For other setpoint changes show up first Deviations due to the low integral part only be corrected very slowly. At smaller jump heights will the new setpoint exceeded, fell below at higher jump heights. By consideration the jump height with the controller parameters an elimination of the influence is possible.

Fall B: γ > 0Case B: γ> 0

Nach Gleichung (20)

Figure 00180001
lassen sich theoretisch zwei von null verschiedene Polstellen mit Hilfe der beiden Zählernullstellen des Reglers R2 kompensieren. Wird dieses Verfahren in entsprechender Weise durchgeführt, so ergibt sich ein Übertragungsverhalten des offenen Regelkreises zu:
Figure 00180002
According to equation (20)
Figure 00180001
theoretically two non-zero poles can be compensated with the help of the two counter zeros of the regulator R 2 . If this procedure is carried out in a corresponding manner, the result is a transmission behavior of the open control loop to:
Figure 00180002

Wird hierfür wieder die zugehörige Wurzelortskurve bestimmt, wird deutlich, daß das System für K > 0 instabil ist. Unter Verwendung eines idealen PID-Reglers ohne Zeitverzögerung (T1R = 0) entfällt der linke Zweig der Wurzelortskurve, das System wird grenzstabil.If the associated root locus is determined again, it becomes clear that the system is unstable for K> 0. Using an ideal PID controller with no time delay (T 1R = 0) eliminates the left branch of the root locus, the system becomes borderline stable.

Als nächstes soll das Regelverhalten bei Verwendung eines PIDT1-Reglers nach Gleichung (17) untersucht werden, wobei nur eine Polstelle der Regelstrecke kompensiert wird.

Figure 00190001
Next, the control behavior when using a PIDT 1 controller according to equation (17) will be examined, wherein only one pole of the controlled system is compensated.
Figure 00190001

Betrachtet man das Systemverhalten unter Einsatz eines idealen PID-Reglers, so ergeben sich für die Wurzelortskurven folgende Varianten TR = 0, TV < TS2, TV = TS2, TV > TS2, TV >> TS2, (vgl . 48). Der Ast, beginnend in der von Null verschiedenen Polstelle, läuft stets zur Nullstelle, die beiden anderen Äste streben gegen unendlich. Für die Stabilität des Systems ist erforderlich, die Nullstelle zwischen den Polstellen zu plazieren. Damit muß die Nachlaufzeit TN stets größer sein als die resultierende zeitliche Verzögerung T1R der Regelstrecke RS, und zwar vorzugsweise mindestens um den Faktor 10. Auch hier wird sehr deutlich, daß der integrierende Anteil des Reglers R2 das System prinzipiell negativ beeinflußt und deshalb auf ein Mindestmaß begrenzt werden bzw. entfallen sollte.If one considers the system behavior using an ideal PID controller, the following variants result for the root locus curves T R = 0, T V <T S2 , T V = T S2 , T V > T S2 , T V >> T S2 , (see . 4 - 8th ). The branch, starting in the non-zero pole, always runs to the zero point, the other two branches strive towards infinity. For the stability of the system, it is necessary to place the zero between the poles. Thus, the follow-up time T N must always be greater than the resulting time delay T 1R the controlled system RS, preferably at least by a factor of 10. Again, it is very clear that the integrating portion of the regulator R 2, the system in principle adversely affected and therefore be kept to a minimum or should be eliminated.

Für reale PID-Regler mit Verzögerung erster Ordnung erhält, das System eine weitere Polstelle, die anzustrebende Wurzelortskurve entspricht der Darstellung in 8. Es wird die Erkenntnis bestätigt, daß die Verzögerung TR klein gegenüber der Verzögerung der Regelstrecke sein sollte, da ansonsten ein schwingungsfähiges System vorliegt.For real PID controllers with first-order lag, the system receives another pole, the desired root locus corresponds to the representation in 8th , It is confirmed the finding that the delay T R should be small compared to the delay of the controlled system, otherwise there is a vibratory system.

Als letztes ist das allgemeine Systemverhalten ohne Polstellenkompensation zu betrachten. Basierend auf den Erkenntnissen von Fall A werden die beiden Nullstellen wiederum zwischen der größten, von Null verschiedenen Polstelle und dem Ursprung plaziert. Die Wurzelortskurven sind den in 12 und 13 dargestellten Verläufen sehr ähnlich. Aufgrund der um eins reduzierten Anzahl von Polstellen im Ursprung entfällt der Ast der Wurzelortskurve zwischen Ursprung und Nullstelle. Ferner liegt der Vereinigungspunkt nicht mehr links der beiden Nullstellen, sondern dazwischen.Finally, the general system behavior without poling compensation should be considered. Based on the findings of Case A, the two zeros are again placed between the largest non-zero pole and the origin. The root loci are the in 12 and 13 very similar to the progressions shown. Due to the reduced by one number of poles in the origin of the branch of the root locus between origin and zero deleted. Furthermore, the merge point is no longer left of the two zeros, but in between.

Der integrierende Anteil führt wie bei einem PDT1-Regler für Variatoren bzw. Toroidgetrieben mit einem Castor-Winkel γ = 0 zu einem Überschwingen der Regelgröße.As with a PDT 1 controller for variators or toroidal transmissions with a Castor angle γ = 0, the integrating component leads to an overshoot of the controlled variable.

Auf Basis der vorstehenden Betrachtungen ergibt sich, daß unter Verwendung eines integralen Regleranteils bei Volltoroidgetrieben mit einem Castor-Winkel γ ungleich Null die Dynamik eines Volltoroidgetriebes mit einem Castor-Winkel gleich Null nachgebildet werden kann. Bei zwei kompensierten Polstellen ist das Übertragungsverhalten einem Regelkreis mit P-Regler, bei einer kompensierten Polstelle einem Regelkreis mit einem PDT1-Regler gleichzusetzen.On the basis of the above considerations, it follows that using an integral governor portion in solid toroidal transmissions with a Castor angle γ not equal to zero, the dynamics of a full toroidal transmission with a castor angle equal to zero can be modeled. In the case of two compensated poles, the transmission behavior is equivalent to a control loop with P-controller, and in the case of a compensated pole, a loop with a PDT 1 controller.

Von einer Polstellenkompensation ist im allgemeinen abzusehen, da Instabilität oder Grenzstabilität des Systems auftreten kann. Ferner läßt sich bei freier Wahl der Polstelle stets ein günstigeres Systemverhalten erzielen. Die Verzögerungszeit TR ist möglichst gering zu halten, da diese das Systemverhalten mit zunehmendem wert negativ beeinflußt. Die Dämpfung des Regelkreises wird verringert, je nach Regelkreis treten ab einem Grenzwert Schwingungen auf.From a Polstellenkompensation is generally foreseeable because instability or limit stability of the system can occur. Furthermore, a more favorable system behavior can always be achieved with free choice of the pole. The delay time T R is to be kept as low as possible, since this adversely affects the system behavior with increasing value. The damping of the control loop is reduced, depending on the control loop vibrations occur from a limit.

Für Toroidgetriebe mit einem Castor-Winkel γ > 15° ist ein P-Regler ausreichend. Bei geringerem Castor-Winkel γ sollte ein PDT1-Regler verwendet werden, der eine ausreichende Systemdämpfung elektronisch erzeugt. Bei Toroidgetrieben ohne Castor-Winkel γ zeigt ein PIDT1-Regler die besten Eigenschaften.For toroidal gears with a Castor angle γ> 15 °, a P-controller is sufficient. At lower Castor angle γ, a PDT 1 controller should be used, which generates sufficient system damping electronically. For toroidal gears without castor angle γ, a PIDT 1 controller shows the best features.

Abschließend wird noch ein Vergleich des Führungsgrößenverhaltens der beiden hervorgestellten Regelkreise mit dem Regler R1 bei einem Toroidgetriebe mit einem Castor-Winkel γ ≠ 0 bzw. mit dem Regler R2 bei dem dargestellten Volltoroidgetriebe ohne Castor-Winkel γ bzw. mit einem Castor-Winkel γ = 0 gegeben. 15 zeigt, daß ausschließlich durch Anpassung der Dämpfung sowie Verwendung eines I-Anteils ein sehr ähnliches dynamisches Verhalten erzielt werden kann.Finally, a comparison of the reference variable behavior of the two established control loops with the regulator R 1 in a toroidal transmission with a Castor angle γ ≠ 0 or with the controller R 2 in the illustrated Volltoroidgetriebe without Castor angle γ or with a Castor angle given γ = 0. 15 shows that a very similar dynamic behavior can be achieved only by adjusting the attenuation and using an I component.

1010
Sensoreinheitsensor unit
1111
Ventilblockmanifold
1212
Toroidscheibetoroidal
1313
Toroidscheibetoroidal
1414
Zwischenrollerbetween Roller
1515
Stelleinheitactuator
1616
Kolben-ZylindereinheitPiston-cylinder unit
1717
Kolbenstangepiston rod
1818
Richtungdirection
1919
Richtungdirection
2020
Zentralwellecentral shaft
2121
Zentralwellecentral shaft
PGPG
Proportionalgliedproportional element
DGDG
Differenzialglieddifferentiating element
IGIG
Integralgliedintegrating means
TN T N
NachlaufzeitFollow-up time
T1R T 1R
VerzögerungszeitDelay Time
TV T V
VorhaltezeitDerivative
λλ
Zustandsgrößestate variable
WW
Führungsgrößecommand variable
γγ
Castor-WinkelCastor angle
GR1 G R1
Übertragungsfunktiontransfer function
GR2 G R2
Übertragungsfunktiontransfer function
GS G S
Übertragungsfunktiontransfer function
R1 R 1
Reglerregulator
R2 R 2
Reglerregulator
RSRS
Regelstreckecontrolled system
p1 p 1
Druckpressure
p2 p 2
Druckpressure

Claims (6)

Toroidregelvorrichtung zur Regelung eines Übersetzungsverhältnisses eines Toroidgetriebes, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch einen einschleifigen Regelkreis mit einem Regler (R1, R2), der neben einem Proportionalglied (PG) wenigstens ein Differenzialglied (DG) aufweist.Toroidal control device for controlling a transmission ratio of a toroidal transmission, in particular of a motor vehicle, characterized by a einschleifigen control circuit with a controller (R 1 , R 2 ), in addition to a proportional element (PG) at least one differential element (DG). Toroidregelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (R2) wenigstens ein Integralglied (IG) aufweist.Toroidal control device according to Claim 1, characterized in that the controller (R 2 ) has at least one integral element (IG). Toroidregelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nachlaufzeit (TN) des Integralglieds (IG) größer ist als eine Verzögerungszeit (T1R) des Reglers (R2) .Toroidal control device according to claim 2, characterized in that an after-running time (T N ) of the integral element (IG) is greater than a delay time (T 1R ) of the regulator (R2). Toroidregelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachlaufzeit (TN) mindestens um den Faktor 5 größer ist als die Verzögerungszeit (T1R) des Reglers (R2).Toroidal control device according to claim 3, characterized in that the follow-up time (T N ) min at least by a factor of 5 is greater than the delay time (T 1R ) of the controller (R 2 ). Verfahren mit einer Toroidregelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – zumindest eine mit einer Übersetzung des Toroidgetriebes korrelierende Zustandsgröße (λ) über eine Sensoreinheit (10) erfaßt wird und – die Zustandsgröße (λ) und eine Führungsgröße (W) indirekt in veränderter Form oder direkt dem Regler (R1, R2) zugeführt werden.Method with a toroidal control device according to one of the preceding claims, wherein - at least one state variable (λ) correlating with a transmission of the toroidal transmission via a sensor unit ( 10 ) is detected and - the state variable (λ) and a reference variable (W) indirectly in a modified form or directly to the controller (R 1 , R 2 ) are supplied. Toroidgetriebe mit einer Toroidregelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Castor-Winkel (γ) gleich Null.Toroidgetriebe with a toroidal control device according to one of previous claims with a Castor angle (γ) equals zero.
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